1抗沖擊、耐磨、無裂紋的硬質合金刀頭研制
通過對國內外硬質合金刀頭的解剖分析,得出國外合金與國產合金的3項性能(磁力、比重、硬度)基本接近。在合金的顯微結構上,也很難看出兩者有很大差距。但是國外刀頭的耐沖擊性和耐磨性比較明顯地優(yōu)于國產刀頭合金,主要是由于國產刀頭合金原料純度低,粉末成型工藝落后造成的。為此,對硬質合金新材質新工藝進行了研究。研制的截齒刀頭選用了優(yōu)質原料,改進成型工藝和合金制取工藝(高純鎢粉、高溫還原、高溫碳化)等3條技術措施,提高了截齒刀頭的壽命。研制的合金具有高韌性、高耐磨性和高沖擊性。
2耐磨層的堆焊
為了解決截齒在采煤過程中的快速磨損失效問題，采用堆焊方式（或其他冶金方式）在截齒錐頂（硬質合金刀頭）以下齒體部位，沿圓周方向堆焊一個寬度約20-30mm、厚度2-3mm的環(huán)形帶。此環(huán)形帶即稱之為耐磨堆焊層。常用的耐磨堆焊材料為馬氏體堆焊合金（Ｄ３１７，Ｄ３２７，ＤＧ７等）、高鉻Fe-Cr-C合金系（Ｄ６８８，Ｄ６３８等）、碳化鎢、碳化鈮等。從機理上講，截齒耐磨堆焊層的作用是：
1、彌補或改變因硬質合金刀頭釬焊工藝在齒體圓周形成的性能劣化現(xiàn)象（指先熱處理后釬焊工藝生產的截齒）。
2、進一步優(yōu)化或強化刀頭部分使用性能。當然，采用先釬焊刀頭后整體熱處理截齒的制造工藝時，后者的作用更為突出。然而，實際情況并不簡單，截齒耐磨堆焊層的出現(xiàn)和使用，將截齒刀頭與被切割煤巖之間的磨擦、沖擊等作用，轉換為或部分轉換為堆焊層與被切割煤巖之間的磨擦、沖擊等作用。它們之間的磨擦磨損、沖擊損傷等，不僅取決于兩個接觸體材料的特性及其匹配行為，同時還受到采煤過程中諸多因素的影響。
3刀體材質的研究
目前國內掘進機截齒刀體的材料多為合金結構鋼35CrMnSiA ,這種材料在淬火低溫回火或等溫淬火后,有較高的綜合機械性能,但該材料橫向性能比縱向性能差,有明顯的回火脆性等缺陷。為此,進行了用42CrMo合金結構鋼作為截齒體材料的研究。
42CrMo同樣屬于中淬透合金鋼,該鋼無回火脆性,調質后有較高的疲勞極限和抗多次沖擊能力,與35CrMnSiA合金鋼相比,更適合截齒的受力特性,試驗結果表明,該鋼制作的齒體頭部的抗裂性能和沖擊韌性要比35CrMnSiA鋼種好。因此,42CrMo合金結構鋼比35CrMnSiA合金結構鋼更適宜作截齒材料。
4焊縫間隙的研究
截齒釬焊焊縫間隙的大小是影響焊縫致密性和焊縫強度的關鍵因素。間隙太小,妨礙釬焊料流入;間隙過大,破壞釬焊縫的毛細管作用,使釬料不能填滿焊縫間隙。截齒的釬焊,是鋼與硬質合金的異種材料焊接,考慮硬質合金的線膨脹系數(shù)是鋼的1/2～1/3,因此釬焊縫間隙應比鋼對鋼焊接時稍小。通過對幾組不同間隙焊縫的試驗研究,試驗結果表明截齒焊縫間隙一般為0. 08～0. 15 mm為宜,另外最好采用帶錐面的合金頭和帶錐面的截齒體孔,以盡量保證硬質合金刀頭周圍焊縫間隙均勻一致。
5釬焊及熱處理工藝
釬焊及熱處理工藝研究截齒的釬焊及熱處理工藝是保證強力截齒質量和壽命的關鍵技術之一。目前國內截齒的生產工藝一般為以下2種:
(1)截齒體加工成形→釬焊硬質合金頭→鹽爐加熱→硝鹽等溫淬火→回火。
(2)截齒體加工成形→鹽爐加熱→硝鹽等溫淬火→清洗→釬焊硬質合金頭→回火。
第1種生產工藝,釬焊硬質合金頭后鹽爐加熱再硝鹽等溫淬火。截齒體的硬度得到了保證,但硬質合金頭在釬焊和硝鹽等溫淬火這一過程中,都經過了2次加熱,從而使硬質合金頭脆化,使截齒在使用過程中因硬質合金頭崩裂和硬質合金頭與截齒體焊接的開裂而大大縮短截齒的使用壽命。
第2種生產工藝,硝鹽等溫淬火后釬焊硬質合金頭,雖然焊縫的質量和硬質合金頭的質量得到了保證,但截齒體頭部的硬度卻下降了,導致截齒體頭部耐磨性大大降低,使得截齒在使用過程中硬質合金頭過早脫落,同樣也縮短了截齒的使用壽命。為此,采用截齒真空爐釬焊與熱處理同時一次加熱,使釬焊好的截齒直接進行淬火的工藝。該工藝具有以下顯著特點:
(1)采用真空爐加熱釬焊,避免了釬焊過程中釬焊表面與空氣接觸產生氧化,可使熔化的液態(tài)釬料與釬焊表面直接接觸,產生濕潤的填縫,以獲得優(yōu)質的釬焊質量。
(2)使釬焊好的截齒不經空冷直接淬火,避免了二次加熱問題,又提高了齒體的綜合機械性能。截齒的真空釬焊工藝流程為:清洗截齒體待焊部分、釬料和硬質合金刀頭→烘干→裝填焊料、硬質合金刀頭→將截齒裝入夾具內→入爐加熱→冷卻。
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